Radi se o sledecem:
Treba da merim DC struju u rasponu od 0 do ±10 µA sa preciznosti 0.01 µA iz izvora napajanja od oko 3500 VDC.
Trebao bi mi bandwidth od DC do nekoliko stotina kHz, minimum, da bi mogao da hvatam i nagle promene i prisustvo šuma.
Ovaj izvor napajanja "pliva" na oko -50 kVDC u odnosu na kabinet tj. zemlju.
Planiram da koristim fiber optic link. Predajnik ima na ulazu SMA konektor, 50 Ω impedancu i može da primi max ±2.5 V amplitudu signala.
Treba mi prilagodjene, tj. da ubacim shunt, skidam pad napona na njemu i konvertujem da tera fiber-optic predajnik preko parčeta koaksijalnog kable.
Shunt može da ima i ±10 V pad napona na sebi (1 MΩ), nije problem.
Imam na raspolaganju ±15VDC izvor napajanja za elektroniku, koji takodje pliva na -50 kVDC.
Ima li na raspolaganju gotovih op-amp sklopova za sličnu namenu?
Ili da sam napravim, ukoliko bi ni neko priložio šemu ili smernice.
Hvala!
ta sprava lepo meri mikroampere, e sad ne znam kako ce da se ponasa sa tim -50kV ali obzirom da se sprava napaja sa baterije .... mozda ti da neki hint
Veoma jednostavno ces resiti ovo na sledeci nacin:
Upotrebices neki brzi CMOS ili JFET op-amp, na primer THS4631, kao konvertor struje u napon (vidi sliku).
Napajaces ga sa tih lebdecih +-15V.
Najvaznija stvar o kojoj treba da vodis racuna je da op-amp, fiberoptik transmiter, i lebdece napajanje,
smestis u metalnu kutiju sa sto manje ostrih ivica (najbolji je oblik lopte), a da vod kroz koji meris struju, opticko vlakno i
kabl koji ti pokrece lebdece napajanje, uvuces kroz male otvore na kutiji. Nulti vod od +-15V spojis za metal kutije.
Naravno, na oba napajanja op-amp stavi decoupling kondenzatore od 10uF Elko i 100nF keramicki.
To sve treba da bude u metalnoj kutiji radi korona efekta koji ti moze pokvariti merenje ili cak unistiti op-amp.
Kada napravu posmatras u potpunom mraku, ako zapazis koronu, mozes je spreciti tako sto ces tu metalnu kutiju staviti u vecu plasticnu i napuniti je petrolejem (kerozin za osvetljenje). Podrazumeva se da kutija mora biti zaptivena da ne curi petrolej, i da svemu tome temperatura nece preci 100^C . Petrolej nece smetati elektronsim komponentama, tako da
i one mogu biti potopljene.
Zavisnost izlaznog napona od struje je umnozak otpornosti i struje, (250K * 10uA = 2,5V).
Na prikačenoj slici se može videti kako izgleda kutija koje "pliva" na oko -50 kVDC (napaja se iz posebnog 80 kVA izvora iz drugog kabineta).
Unutar te kutije nalaze se tri izvora napajanja
#1: 250 VDC/0.3 A, neg. strana vezana na kutiju
#2: 35 VDC/45 A, poz. strana vezana na kutiju
#3: 3500 VDC/50 µA, neg. strana vezana na kutiju
Tu su još tri mala izvora napajanja za elektroniku: ±15 VDC i +15 VDC (0 V krajevi vezani na kutiju preko dve antiparalel diode).
Sve ovo se napaja sa 230 VAC preko 50 kV 1:1 izolacionog trafoa.
Tu se već nalaze fiber-optic predajnici za merenja napona i struja od napajanja #1 i #2.
Ja treba da dodam mogućnost merenja struje od ovog #3 napajanja.
Op-amp ću ubaciti u negativni provodnik, da ne bi imao posla sa ovih dodatnih 3500 VDC.
Nadam se da neće biti problema sa visokim naponom pošto bi sve ubacio unutar ove Al kutija, samo provući dodatno optičko vlakno.
Ova kutija ima naravno i poklopac sa ove strane gde je slikano.
Pitanje: da li treba da ubacujem 50 Ω otpornik na red u op-amp izlazu da bi prilagodio impedansu sa parčetom koaksialnog kabla do
fiber-optic predajnika i da li u tom slučaju otpornik u povratnoj sprezi op-ampa treba biti 500 kΩ?
Otpornik u povratnoj vezi ti je, u stvari, shunt otpornik. Objasnicu jednostavno kako to radi: op-amp ce se po svaku cenu
"potruditi" da izmedju svojih ulaza "ocuva" razliku napona =0. U praksi ce ta razlika napona na ulazu biti oko 1.500.000 puta manja od napona na izlazu jer je open loop gain tog op-ampa >65dB u najlosijim uslovma.
Prakticno, kada se pojavi neka struja koja tezi da napravi razliku potencijala izmedju ulaza op-amp, op-amp ce generisati napon na svom izlazu, koji je takve velicine i polariteta, da kroz nas otpornik (ubuduce Rf) proizvede tacno toliku struju koja ce PONISTITI uzrok promene i ocuvati nultu razliku napona izmedju ulaza op-amp.
Primer: posto si rekao da ces za op-amp zakaciti negativni provodnik HV izvora od 3500VDC, pretpostavimo da ce kroz izvor iz nekog razloga poteci 5uA, to ce "pokusati" da na invertujucem (-) ulazu op-amp generise neki negativan napon,
op-amp ce se "teoretski" trenutno odazvati generisuci pozitivan napon na svom izlazu velicine Uout/Rf=5uA.
Dakle, tvom izvoru od 3500VDC, ciji je negativan kraj vezan za kutiju koja sve to oklapa, preseces negativan vod, i odseceni kraj koji ide ka izvoru, vezes za pin 2 op-amp.
Potrosac ti je vezan izmedju + izvora 3,5KVDC i kutije. Struja ce teci:od lebdece mase (kutije) kroz jedno od +-15V napajanja, pa kroz izlaz op-amp, pa kroz Rf i iz 2 pina u negativni pol tvog 3,5KVDC izvora, kroz sam izvor, kroz ono sto ti predstavlja potrosac, i konacno ponovo zavrsiti na lebdecoj masi (kutiji).
Znaci, Rf je "pravi" shunt otpornik, pad napona na njemu razvija op-amp, "hraneci" Rf onolikom strujom koju zahteva izvor 3,5KVDC, pri cemu 3,5KVDC izvor "vidi" nulti pad napona na shuntu. Kada ti tece struja od +3,5KVDC izvora, kroz potrosac ka njegovom minusu, na izlazu op-amp ces dobiti pozitivan napon velicine I(3,5KVDC izvora) * Rf, sto ti, pretpostavljam odgovara.
Bice neophodno da nulu od +-15V izvora vezes direktno (ne preko antiparalelnih dioda) na lebdecu masu (kutiju), da ti ne bi doslo do "plivanja" +-15V u okviru +-0,7V.
Antiparalelne diode na ulazima op-amp sluze da zastite isti u slucaju preopterecenja izvora od 3,5KVDC (mada u slucaju varnicnog praznjenja nece pomoci ni diode velicine fudbalske lopte :-)).
Posto THS4631 spada u brze op-amp, moguce je da ces se sresti sa problemom njegove nestabilnosti, tj. moze prooscilovati. Uslov stabilnosti veoma zavisi od parazitnih kapaciteta koje imas na njegovim ulazima, nacina izvodjenja veza i jos mnogo toga. Na prilozenoj *.jpg imas nekoliko nacina za "krocenje" ovakvih pojava, a ne bi bilo lose da
pogledas i neku literaturu o tome ("Frequency compensation techniques in op amp",veoma je opsirno da bih ovde o tome pisao).
Jos nesto: THS4631 je slucajan izbor. Mozes tu upotrebiti bilo koji op-amp kome je GBW product veci od 100MHz za full amplitudu izlaza, koji ima male input struje i mali offset, bez obzira da li je bipolarni ili CMOS/JFET.
Pitanje sprege na koaksijalni kabl;
Posto ne znam duzinu istog, onda uradi ovako:
Povecaj Rf na 500Kohm, dobices +-5V/+-10uA, vezi serijski na izlaz op-amp tacan (neinduktivni) otpornik od 50ohm, pa
u koaks. kabl. (ovo vazi ako je optotransmiter terminisan sa 50ohm, a ako nije onda ti to uradi, s' tim da ti ulazna IMPENDANSA transmitera, za frekventni opseg koji ocekujes bude 50ohm).
Kako izbazdariti i iskompenzovati napravu;
U niskonaponskim uslovima (iskljuceni izvori 3500VDC i 50KVDC), na invertujuci pin (- ili 2) dovesti kroz otpornik koji je jednake velicine kao i Rf, pravougaoni signal iz signal-generatora amplitude +- onoliko koliko ocekujes na izlazu (max vrednost), ucestanosti koja ti je potrebna za merenje(max vrednost),
vrsiti korekcije kompenzacionih elemenata dok na izlazu ne dobijes sto verniji invertovan signal jednake velicine kao i na signal-generatoru (kontrolisati osciloskopom sa terminisanom impendansom od 50ohm).
Posle toga ce ti naprava raditi dobro u realnim uslovima.
:-)) Ne mogu da odolim a da ne pitam cemu sluzi ta zanimljiva naprava od -50KV 80KVA?
Neki akcelerator cestica mozda? Mada me zbunjuje potreba za tolikom snagom.
Mozda skener??
Ako je neki udarni generator, koji radi sa varnicnim praznjenjem, bojim se da uobicajene merne metode nece dati dobre rezultate.
Pretpostavljam da, posto vec eksperimentises sa tom mocnom napravom, nema potrebe da te upozoravam da vodis racuna o zaostalim nabojima na parazitnim kapacitetima, koji mogu biti smrtonosni !!!
Radio sam sa -200KV, doduse svega nekoliko stotina VA, ali sam iskusio kako strasno moze da bude varnicno praznjenje iz svega par nanofarada :-)
Pozdrav, i puno uspeha u radu! Nadam se da sam ti bar malo pomogao?
Hvala na detaljnom objašnjenju, ja sâm bi sve to trebao da znam, ali davno beše kad se to učilo, a slabo u praksi primenjivalo :(
Zato sam odlučio da pitam ovde, jer hvala Bogu ima ljudi kao ti, a i ostali ovde, koji su eksperti a uz to i voljni da pomognu.
Fiber-optic predajnik i prijemnik treba tek da naručim, a neki koji sam našao na netu ima karakteristike koje sam opisao tj. ulaznu
impedansu od 50 Ω i max ±2.5 V amplitudu signala.
Koaksijalac verovatno neće biti duži od 20 cm jer će op-amp i fiber-optic predajnik bit blizu, u onoj Al kutiji.
Čitava ova naprava je napajanje (ili ukupno 5 različitih napajanja) za visokofrekventnu cevku
tzv. IOT (inductive output tube, negde je zovu i klystrode) koja je ustvari pojačivač i na izlazu daje čistih 30 kW CW na 1.3 GHz. VKL-9130.pdf
Taj RF ide u "cavity" i služi za ubrzavanje čestica (novi akcelerator elektrona).
A što se snage tiče ovo je sitnica jer imamo još gomilu RF sistema a jedan od njih "pravi" 1 MW, doduše na manjoj frekvenciji i tu uptrebljavamo
klasične cevke, tertode, 8 njih rade non-stop, svaka u stanju da disipira 250 kW.
Svi ove RF cevi rade sa visokim naponima tako da imam dosta iskustva, ali ipak hvala ti i za upozorenja.
Npr. DC power supply za ove 250 kW tetrode ima kapacitet od 150 A na 20 kV tj. 3 MW!
Naravno da si mi pomogao, još jedno puno ti hvala!
Najverovatnije ću obavestiti ovde na forumu kad ovo sklopim, ali to će biti tek za mesec-dva pošto imam još gomilu projekata "u paraleli",
sada samo radim na konceptu da bih znao šta treba da naručim.
Vau !!! Bas imas lepu zanimaciju! Video sam da je neka mocna cev u pitanju (35V 45A za grejanje :-)).
Ovde, u majci Srbiji, nema bas puno prilika za takve projekte :-)
Evo konacno sklopio i testirao.
Fiber-optik još nije stigao, tako da će ugradnja u uredjaj sačekati septembar, kad se vratim sa odmora.
Macola, hvala ti još jednom!
Pozdrav svima.
Sklop za prilagodjenje signala
